DE2449016C2 - Schaltungsanordnung zur Messung des Innenwiderstandes eines Wechselstromnetzes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Messung des Innenwiderstandes eines Wechselstromnetzes, bei der durch Einschalten eines mit einem gesteuerten Stromrichter in Serie liegenden Belastungswiderstandes die Spannungsdifferenz zwischen belastetem und unbelastetem Netz gemessen, die Meßgröße über eine Diode in einen Kondensator übertragen, dort gespeichert und einer Meßwertanzeige zugeführt wird.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist bekannt aus der DE-AS 20 35 274.

Da beim dort beschriebenen Spannungsabsenkungsverfahren die Reproduzierbarkeit des Meßergebnisses von der Spannungsdifferenz zwischen Leerlauffall und Belastungsfall abhängt, muß insbesondere bei der Messung kleiner Innenwiderstände der Belastungsstrom bei 220VoIt Netzspannung in der Größenordnung von 1OA liegen. Ein derartiger Belastungsstrom erfordert einen entsprechend groß bemessenen Belastungswiderstand, wodurch das Meßgerät unhandlich ίο und der Meßvorgang selbst unpraktisch durchzuführen wird, wie auch in der DE-AS 20 35 274 ausgeführt wird. Zusätzlich kann bei höheren Innenwiderständen eine Spannungsverschleppung in gefährlichem Ausmaß auftreten. Zur Behebung dieser Nachteile wird bei der DE-AS 20 35 274 die Netzbelastung auf die Dauer einer Halbwelle der 50 Hz-Netzwechselfrequenz begrenzt, die im Belastungskreis abfallende Spannung wird gespeichert und einem Meßwerk zugeführt. Durch die kurze Belastungszeitspanne wird eine mögliche Spannungsverschleppung auf ein für den Menschen ungefährliches Ausmaß verringert. Dimensionierungs- und Kühlungsprobleme bezüglich der Belastungswiderstände sind durch diese Maßnahme vorteilhaft ausgeschaltet.

Aus der DE-AS 12 57 960 ist eine Schaltung zur Messung der Netz-Innenimpedanz bekannt, bei der ebenfalls der Innenwiderstand von der Spannungsdifferenz zwischen Leerlaufspannung und Belastungsfall abgeleitet wird. Es wird daher vorgeschlagen, den Belastungswiderstand nur für die Dauer einer vorbestimmbaren Anzahl von Perioden der Netzwechselspannung zu belasten.

Diese bekannten Einrichtungen haben den Nachteil, daß vor jeder Messung eine Einstellung des Gerätes auf die jeweils vorhandene Netzspannung notwendig ist, wobei zusätzlich auftretende Belastungen des Netzes eine Verfälschung des Meßergebnisses bringen können. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Messung des Innenwiderstandes eines Wechselstromnetzes zu schaffen, bei der im Falle einer Abweichung der Netzistspannung von der Netznennspannung keine besondere Einstellung erforderlich ist und deren Meßergebnis unbeeinflußt von Netzspannungsschwankungen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei verschieden hohen Widerstand aufweisende Belastungskreise vorgesehen sind, daß der erste Belastungskreis einen hohen Widerstandswert aufweist und der zweite Belastungskreis einen niedrigen Widerstandswert aufweist, daß die erste Belastung in einer Halbperiode, die zweite Belastung in der anderen Halbperiode einer Wechselstromperiode eingeschaltet wird, daß der gesteuerte Stromrichter sowie eine ihn steuernde Zündschaltung beiden Belastungskreisen gemeinsam ist und die Zündschaltung von den in den Belastungskreisen abfallenden Spannungen beeinflußt wird und den gesteuerten Stromrichter nur für die Dauer einer vorbestimmten Anzahl von Wechselstromperioden in den Spannungsnulldurchgängen öffnet und daß die Spannungs-Scheitelwerte zweier aufeinanderfolgender Wechselstrom-Halbperioden in je einem Netzwerk aus Dioden und Kondensatoren gespeichert und die Differenz der Beträge der gespeicherten Meßgrößen nnit Hilfe eines Operationsverstärkers gebildet und der Meßwertanzeige zugeführt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen

insbesondere darin, daß eine Spannungsverschleppung in gefährdendem Ausmaß vermieden wird, mehrere Messungen unmittelbar aufeinanderfolgend und ohne Rücksicht auf Abkühlpausen durchgeführt werden können, sowie die Innenwiderstand-Nießschaltung handlich und preiswert herstellbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung erläutert.

In der Zeichnung ist die Netzleitung mit R bezeichnet, während mit Oder Schutzkontakt — bzw. MP-Leiter — bezeichnet ist Das Kernstück der erfindungsgemäßen Schaltung bilden die beiden Serienschaltungen der Widerstände 3 und 5 einerseits und der Widerstände 4 und 6 andererseits. In jeder Reihe dieser jeweils zwei Widerstände sind noch je zwei Gleichrichter Cl 1, G/2 bzw. G/3 und G/4 angeordnet. Weiters sind beide Widerstands-Serienschaltungen über steuerbare Gleichrichter 1, vorzugsweise einen Triac, geführt. Diese steuerbaren Gleichrichter 1 stehen mit einer von der Netzfrequenz geführten elektronische;. Zündschaltung 2 in Verbindung. Die Widerstände 3 und 4 sind die eigentlichen Belastungswiderstände und haben voneinander verschiedene Werte. Der Widerstand 3 hat hohen Widerstandswert und läßt daher nur einen sehr geringen Strom über den von den Teilen 5, G/ 2,1,3 und G/l gebildeten Ast fließen; hierbei wird das Netz praktisch nicht belastet. Im Gegensatz hierzu hat der Widerstand 4 einen sehr niedrigen Wert und läßt, wenn der aus den Teilen G/3, 4, 1, G/4 und 6 bestehende Ast stromführend ist, einen verhältnismäßig hohen Strom in der Größenordnung von beispielsweise 10 A fließen.

An den Teilwiderständen 5 und 6 der beiden Stromäste bildet sich bei Stromfluß je ein Spannungsabfall aus, welcher über jeweils einen Gleichrichter 7 bzw. 9 einen Kondensator 8 bzw. 10 auflädt. Diese an den Widerständen 5 bzw. 6 entstehenden und die Kondensatoren 8, 10 aufladenden Spannungen bilden die Meßspannungen, deren Differenz gebildet und zur Ablesung gebracht wird. Einem der Widerstände — beim gezeigten Schaltbild dem Widerstand 5 — ist ein spannungsabhängiger Widerstand 14 parallelgeschaltet. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß eine gewisse Netzspannungsabhängigkeit weiter verringert wird. Die sich zwischen den Kondensatoren 8 und 10 ausbildende Differenzspannung wird über die Widerstände RSi, RS2 einem Operationsverstärker 11 zugeführt. Sein nachgeschaltetes Meßgerät 12 kann eine Skala haben, die unmittelbar den Innenwiderstand anzeigt. Der in Verbindung mit dem Operationsverstärker 11 stehende Widerstand RO dient allein zur Beschallung desselben und bedarf keiner weiteren Erwähnung.

Der Meßvorgang darf nur sehr geringe Dauer haben, und zwar soll er eine oder nur wenige Perioden der Netzfrequenz nicht überschreiten. Durch die:e an sich bekannte Maßnahme soll wirksam vermieden werden, daß Spannungsverschleppungen in gefährdendem Ausmaß eintreten könnten. Um dies zu erreichen, ist die elektronische Schaltung, insgesamt mit 13 bezeichnet, vorgesehen.

Diese elektronische Schaltung 13 umfaßt vor allem eine bistabile Kippschaltung 13a, welche mit dem Steuergerät 2 für den gesteuerten Gleichrichter 1 in Verbindung steht. Die Kippschaltung 13a kann mittels eines durch eine Druckstaste betätigbaren Umschalters TX über einen Widerstand 15 mit einem Kondensator C verbunden werden. Dieser Kondensator Cwird, solange die Drucktaste in der Ruhestellung ist und der Umschalter TX die voll gezeichnete Stellung einnimmt, mit einer niedrigen Spannung, beispielsweise 5 Volt aufgeladen. Diese Spannung wird von einem nur angedeuteten Netzgerät 16, welches auch die Betriebsspannungen für die anderen Schaltungsteiie liefert, zur Verfugung gestellt.

Die elektronische Schaltung 13 umfaßt im weiteren einen Umkehrverstärker 13i>, welcher mit den Spannungsimpulsen, die am Widerstand 6 abfallen, gespeist wird. Diesem Umkehrverstärker üb ist eine Impulsdehnungsschaltung, bestehend aus der Diode 13c und dem Kondensator X3f, nachgeordnet. Sowohl dieser Impulsdehnungsschaltung als auch der aus der Diode 13c'und dem Kondensator 13/' bestehenden Impulsdehnungsschaltung nach dem Widerstand 5 ist je eine Spannungsfolgeschaltung 13c/bzw. X3d' nachgeordnet. Die Ausgänge dieser beiden Spannungsfolgeschaltungen sind an die beiden Eingänge eines UND-Gatters 13e gelegt. Zur Begrenzung der Höhe der an die Eingänge des UND-Gatters 13e gelangenden Impulse dienen die Zenerdioden Zl und ZY. Sobald beide Impulse am Eingang des UND-Gatters 13e anliegen, springt der Ausgang dessdben von logisch 0 auf logisch 1. Dies entspricht einem Spannungssprung von 0 auf ca. +3 V, der an die bistabile Kippstufe 13a weitergegeben wird.

Diese letztere wird durch diesen Impuls in den gegenüber dem bis dahin innegehabten Schaltzustand entgegengesetzten Schaltzustand übergeführt.

Die bei dem Umkehrverstärker 13i> gezeigten Widerstände haben nur für die Erfindung nicht wesentliche Funktionen zu erfüllen und bedürfen damit keiner weiteren Erwähnung.

Mit dem durch eine Drucktaste betätigbaren Umschalter Ti sind noch zwei weitere Schalter T2 und 7"3 gekuppelt, welche in der Ruhelage die Kondensatoren 8 und 10 kurzschlieöen und damit die am Widerstand 5 und die am Widerstand 6 abfallenden Spannungen an Masse legen. Die Schalter T2 und T3 werden beim Betätigen der Drucktaste geöffnet, während der Umschalter 7"I umgelegt wird (in der Zeichnung strichliniert angedeutet).

Die beschriebene erfindungsgemäße Schaltung arbeitet in der folgenden Weise:

Nach Einschalten des Gerätes wird der Kondensator C auf die erwähnte niedrige Spannung aufgeladen.

Durch Drücken der Drucktaste wird der Umschalter T1 umgelegt, die Schalter Γ2 und Γ3 werden geöffnet. Durch das Umlegen des Umschalters Π in die strichliert gezeichnete Stellung erhält die bistabile Kippschaltung 13a durch die Entladung des Kondensators C einen Spannungsstoß, welcher sie in einen Schaltzustand versetzt, welcher es im Zusammenhang mit der Zündschaltung 2 ermöglicht, daß an den Triac 1 nadeiförmige Zündimpulse abgegeben werden. Diese Zündimpulse können jedoch nur genau im Nulldurchgang der Netzwechselspannung abgegeben werden.

Die an sich bekannte Zündschaltung 2 besteht im wesentlichen aus einem geregelten Längstransistor, der von der Netzspannung über einen Synchrcnisierungswiderstand und über Transistorvorstufen so angesteuert wird, daß nur in den Nulldurchgängen der Steuerwechselspannung Zündimpulse an den Ausgang gelangen. Eine Differentialstufe am Eingang ermöglicht auch eine netzunabhängige Steuerung. Damit ist der Beginn bzw. auch das Ende jedes Meßvorganges genau in den Anfa.ig je einer Halbwelle gelegt. Der Triac 1 ist dadurch gezündet (leitend gemacht) und läßt genau eine Periode lang Strom fließen. Während der einen Halbwelle — es ist hierbei gleichgültig, ob positive oder

negative Halbwelle — fließt Strom über die eine Widerstands-Serienschaltung, z. B. die Widerstände 3 und 5; während der nächsten Halbperiode fließt Strom über die andere Widerstands-Serienschaltung, z. B. Widerstände 4 und 6. Diese gegenläufigen Stromflußrichtungen werden durch die gegensinnige Schaltung der Dioden G/3, Gl 1 erreicht. Die während je einer Halbperiode an den Widerständen 5 bzw. 6 abfallenden Spannungen, welche naturgemäß entgegengesetztes Potential haben, verursachen die Aufladung der Kondensatoren 10 bzw. 8 auf eine bestimmte, von den Spannungsabfällen bedingte Höhe. Über die Widerstände RS 1 und RS 2 wird die zwischen den Ladungsspannungen an den beiden Kondensatoren 8 und 10 bestehende Differenz an den Operationsverstärker 11 weitergegeben, welcher in üblicher Weise einen der Spannungsdifferenz entsprechenden Strom durch das Meßgerät 12 fließen läßt. Bei entsprechender Skalenteilung dieses Meßgerätes kann die Größe des Innenwiderstandes unmittelbar abgelesen werden.

Zur Begrenzung der Länge des Meßvorganges auf eine Vollperiode der Neztfrequenz dient die Schaltung 13, wie im folgenden erläutert wird. Die an den beiden Widerständen 5 und 6 im Abstand einer halben Netzfrequenz-Periode entstehenden, entgegengesetzt polarisierten Spannungsimpulse werden einerseits über den Umkehrverstärker 13c, i3fbzw. 13c', 13rmit jetzt gleicher Polarität zugeführt. Durch diese Dehnungsschaltungen wird erreicht, daß an beide Spannungsfolgeschaltungen 13dund i3d'e\n Eingangsimpuls gelangt und diese Spannungsfolgeschaltungen praktisch zugleich je einen Ausgangsimpuls an das UND-Gatter 13e abgeben. Die Höhe dieser Impulse wird durch die Zenerdioden Z1 und Z1' begrenzt.

Sobald nun am Widerstand 5 ein positiver und am Widerstand 6 ein negativer Impuls entsteht, springt der Ausgang des UND-Gatters 13evon logisch 0 auf logisch 1. Dieser Impuls wird an die bistabile Kippschaltung 13a weitergegeben, welche infolgedessen ebenfalls ihren Schaltzustand wechselt und über die Zündschaltung 2

ίο jedes weitere Zünden des Triacs 1 verhindert. Der gesamte Meßvorgang wird dadurch auf höchstens zwei Halbwellen der Netzfrequenz begrenzt, gleichviel, wie lange die Drucktaste zur Betätigung der Schalter Ti, T2und Γ3 gedrückt bleibt.

Andererseits ist es möglich, durch die Verwendung eines voreinstellbaren Zählers, der aus bistabilen Kippstufen und iogischen Gattern aufzubauen wäre, praktisch jede beliebige Anzahl von positiven und negativen Halbwellen der Netzfrequenz zur Messung heranzuziehen.

Wenn anstelle der Dioden 7, 9 und der Kondensatoren 8 und 10 Integrationsglieder verwendet werden, kann zusätzlich eine weitgehende Kurvenform-Unabhängigkeit erzielt werden.

Es ist noch zu erwähnen, daß der spannungsabhängige Widerstand 14 bei entsprechender Dimensionierung eine Spannungsabhängigkeit infolge Änderungen der Netzspannung gegenüber der Netz-Nennspannung innerhalb der zulässigen Fehlergrenzen zu verhindern vermag.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Messung des Innenwiderstandes eines Wechselstromnetzes, bei der durch Einschalten eines mit einem gesteuerten Stromrichter in Serie liegenden Belastungswiderstandes die Spannungsdifferenz zwischen belastetem und unbelastetem Netz gemessen, die Meßgröße über eine Diode in einen Kondensator übertragen, dort gespeichert und einer Meßwertanzeige zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei verschieden hohen Widerstand aufweisende Belastungskreise vorgesehen sind, daß der erste Belastungskreis (Gi1, 3, 1, G/2, 5) einen hohen Widerstandswert aufweist und der zweite Belastungskreis (GI3, 4, 1, G/4, 6) einen niedrigen Widerstandswert aufweist, daß die erste Belastung in einer Halbperiode, die zweite Belastung in der anderen Halbperiode einer Wechselstromperiode eingeschaltet wird, daß der gesteuerte Stromrichter (1) sowie eine ihn steuernde Zündschaltung (2) beiden Belastungskreisen gemeinsam ist und die Zündschaltung (2) von den in den Belastungskreisen abfallenden Spannungen beeinflußt wird und den gesteuerten Stromrichter (1) nur für die Dauer einer vorbestimmten Anzahl von Wechselstromperioden in den Spannungsnulldurchgängen öffnet und daß die Spannungs-Scheitelwerte zweier aufeinanderfolgender Wechselstrom-Halbperioden in je einem Netzwerk aus Dioden (7, 9) und Kondensatoren (8, 10) gespeichert und die Differenz der Beträge der gespeicherten Meßgrößen mit Hilfe eines Operationsverstärkers (11) gebildet und der Meßwertanzeige (12) zugeführt werden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der gesteuerte Stromrichter (1) als Triac ausgebildet ist.

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speicherung der erzeugten Spannungen und zur Differenzbildung ein Integrationsglied vorgesehen ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerglied (13) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe die Meßzeit über eine oder über mehrere Perioden der Netzfrequenz einstellbar ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der Netzspannungsabhängigkeit in einem der Belastungskreise ein spannungsabhängiger Widerstand (14) parallel zu einem der Teilwiderstände (5) in diesem Belastungskreis gelegt ist.